Анализ эффективных режимов работы коротковолновой радиолинии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ эффективных режимов работы коротковолновой радиолинии



1. Коротковолновая радиосвязь

В последние годы КВ радиосвязь благодаря применению высоковычислительной техники (микропроцессоров) получила новые функциональные возможности, в первую очередь адаптивного управления на базе полной автоматизации системы. Для основных направлений работ в области КВ радиосвязи характерно: внедрение цифровых методов передачи и обработки сигналов, повышение эффективности использования полосы частот и помехозащищенности при передаче за счет применения СКК, СРС (в том числе ППРЧ), совершенных антенных устройств; повышение надежности аппаратуры на основе внедрения новой элементной базы, автоматики, перспективных источников питания.

Исторически первым видом радиосвязи является слуховая телеграфная связь с использованием кода Морзе и амплитудной (реже частотной) модуляцией несущей. До настоящего времени этот вид радиосвязи достаточно широко используется в КВ диапазоне на трассах связи, где уровень помех, особенно стационарных, весьма велик. Скорость передачи при слуховой радиотелеграфной связи невысока и составляет 50ч70 зн/мин (реже 150ч200 зн/мин).

Передача осуществляется вручную с помощью телеграфного ключа либо автоматически с трансмиттера (900ч1200 зн/мин). Стабильность скорости телеграфирования низкая, т.е. сигнал относится к классу неизохронных.

С 40-х гг. из-за необходимости автоматической регистрации передаваемых сообщений на линиях КВ радиосвязи стали применяться стартстопные передачи буквопечатания (БП). Внедрение буквопечатания в КВ диапазоне связано с применением ЧМ, обеспечивающей при простой аппаратуре высокую помехоустойчивость. Кроме документальности большим преимуществом передач ЧМ БП является относительно большая скорость передачи (360ч600 зн/мин). Благодаря своим положительным свойствам, передачи буквопечатания до сих пор находят широкое применение, как в коммерческой, так и в военной радиосвязи.

На линиях одноканальной КВ радиосвязи применяются передачи, использующие сложные широкополосные позиции радиосигнала, что позволяет увеличить позиционность сигнала (m-очное кодирование), а, следовательно, и длительность элемента сигнала. Последнее снижает влияние многолучевости в КВ канале. Практическое применение находят системы радиосвязи, в которых позиции сигнала формируются по частотно-временной матрице. При определенном выборе разносов частот между строками матрицы, обеспечивающими некоррелированность замираний субпосылок, использование таких сигналов позволяет заметно увеличить помехоустойчивость приема аналогично частотно-разнесенному N-кратному приему, где N - число частот (строк) ЧВМ.

Характерной частотной многопозиционной передачей, построенной на основе 32-ичного кодирования, является передача с 32 частотными позициями и разносом 10 Гц. В исходном спектре частотные позиции начинаются с 330 и кончаются 650 Гц. С каждой передаваемой кодовой комбинацией (выход БПА) сопоставляется излучение одной из 32 возможных частот. Скорость передачи 600 зн/мин реализуется при длительности сигнальной позиции 100мс (скорость манипуляции 10 бод). Возможны варианты этого вида передачи, использующие меньшее число частотных позиций (6, 9, 13), а также другие разносы частот. Спектр передачи, содержащий 13 частотных позиций с разносом 30 Гц, изображен на рисунке 1, где ПС - «пилот-сигнал». Скорость манипуляции позиции 13,3 бод (400 зн/мин), кодовая комбинация знака передается путем последовательного излучения двух частот (по одной из групп А и Б, частота F₀ излучается при «холостом ходе»).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1

Продолжая рассмотрение передач КВ диапазона, использующих принцип ЧВМ, укажем на так называемые частотно-квантованные передачи, в которых посылка исходного сигнала разбивается на субпосылки (квантуется) и передается по закону ЧВМ. Например, спектр содержит 4 частотные позиции (F₁, F₂, F₃, F₄) с разносом частот 680 Гц. Посылки исходного сигнала (V=50 бод) разбивается на 10 субпосылок и передается последовательным излучением десяти частот по закону:

1 > F₁, F₃, F₁, F₃, F₁, F₃, F₂, F₄, F₁, F₃;

0 > F₂, F₄, F₂, F₄, F₂, F₄, F₁, F₃, F₂, F₄.

Таким образом, длительность частотной позиции равна 2 мс, скорость манипуляции - 500 бод. Существует достаточно большое число видоизменений этого класса передач, различающихся видом ЧВМ. В отдельных случаях применяется сверточное кодирование информационной последовательности.

Необходимость эффективного использования полосы частот в КВ диапазоне привела к широкому внедрению систем уплотнения канала связи.

Наиболее широкое применение нашли системы связи с частотным и временным уплотнением, а также с комбинированием этих способов.

Уплотнение канала связи телефонными сигналами в КВ диапазоне имеет ограниченное применение. Формирование многоканальных телефонных сигналов осуществляется методом однополосной модуляции несущей. При этом полоса частот телефонного сигнала ограничивается (0,3ч3,4 кГц). Телефонные каналы размещаются по обе стороны от остатка несущей (ОН), как показано на рисунке 3.2, где ВВБП выше ВБП, ННБП ниже НБП. Максимальное количество каналов на один передатчик равно 4, чаще используется одноканальная либо двухканальная связь на одной боковой полосе.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2

При организации многоканальной телеграфной связи в полосе стандартного канала размещается групповой сигнал, формируемый аппаратурой тональной телеграфии на основе частотного уплотнения. На поднесущих частотах в полосе СТК методом частотной манипуляции формируются каналы БП связи. На существующих линиях КВ радиосвязи часто применяется аппаратура уплотнения со стандартным разносом каналов 120 Гц, при этом количество каналов в полосе СТК равно 24 (см. таблица 1)

Таблица 1

Скорость передачи, бит/с	Частотный интервал между каналами, Гц	Девиация частоты, Гц	Число каналов	Средняя частота N-го канала, Гц
50 100 200	120 240 480	±30 ±60 ±120	24 12 6	420+(N-1)120 480+(N-1)480 600+(N-1)600

Возможность временного уплотнения в КВ диапазоне ограничиваются многолучевостью распространения радиоволн. Чаще всего применяется двукратное (V=96 бод) и четырехкратное (V=192 бод) уплотнение. Для передачи информационного потока с ВУ используются как обычная ЧМ, так и каналы многоканальных передач.

С целью помехоустойчивости приема в КВ канале широко используется метод временного разнесения и дублирования передаваемой информации. Так, в двухкратных передачах ВУ применяется дублирование информации, передаваемой в кратах со сдвигом 3 или 15 знаков. В многоканальных передачах с ЧРК встречаются режимы работы, когда одна и та же программа с различными временными сдвигами дублируется по всем каналам.

Таблица 2

Число каналов	Частотный интервал между каналами, Гц	Вид ФМ	Скорость в канале, бит/с	Суммарная скорость, бит/с
28 15Ч2 12 34 16 8 27	100 110 200 82 110 220 120	ОФМ ДОФМ ДОФМ ДОФМ ОФМ ДОФМ ДОФМ ТОФМ	64; 71 64…170 150 200 75 150 300 192	Независимые каналы 2250Ч2 2400 2550 2400 2400 5184

Комбинационное уплотнение канала связи в КВ диапазоне реализуется в виде передач ДЧТ. Если в каналах передач ДЧТ используются неизохронные сигналы (буквопечатание в стандартном режиме либо телеграфирование методом кода Морзе), то ДЧТ называют асинхронным. В асинхронных передачах ДЧТ длительность частотного элемента является случайной величиной и может принимать сколь угодно малые значения. Расстояние между частотными позициями в передачах выбираются в пределах 200±400 Гц. Синхронные системы ДЧТ применяются в случае совмещения комбинационного и временного уплотнения, т.е. когда в каналах ДЧТ в качестве индивидуальных сигналов используются сигналы с временным уплотнением.

При разработке средств военной связи основное внимание уделяется повышению их живучести, мобильности, скрытности, надежности работы в условиях преднамеренных помех. В системе стратегической связи используются мощные передатчики (1000ч5000 кВт). Они являются одним из основных средств связи с надводными кораблями и подводными лодками всех классов. Разработка перспективных военных радиостанций проводится в следующих направлениях: создание универсальных радиостанций для всех родов войск; расширение диапазона частот (2ч30, 30ч80 МГц); совершенствование синтезатора частот и на этой основе увеличение числа рабочих каналов за счет сокращения частотного разноса между ними; внедрение режима ППРЧ; использование одних и тех же типов радиостанций для военных и гражданских ведомств.



2. Обеспечение скрытности и устойчивости к преднамеренным помехам систем передачи информации

2.1 Общая характеристика проблемы скрытности и устойчивости к преднамеренным помехам

При организации связи всегда учитывается возможность радиоэлектронного подавления (РЭП) радиолиний и перехвата передаваемых сообщений, что, в свою очередь, влияет на способы и средства передачи сообщений.

Способность радиоэлектронной системы (РЭС) противостоять средствам РЭП и разведки в значительной степени определяется ее скрытностью - энергетической, структурной и информационной. Энергетическая скрытность характеризует способность РЭС противостоять мерам, направленным на обнаружение сигнала, а структурная скрытность - на выявление структуры сигнала. Наделение РЭС энергетической и структурной скрытностью, как правило, связано с расширением занимаемой полосы частот. Подобные РЭС получили название систем с расширенным спектром - СРС.

Расширение занимаемой полосы частот больше необходимой для передачи сообщений позволяет применять сигналы сложной структуры, что ставит системы радиоразведки (РР) и РЭП в условия априорной неопределенности формы сигнала РЭС. Незнание формы сигнала подавляемой РЭС не позволяет поставщику помех применить прицельную помеху, согласованную с сигналом РЭС. В широкополосной системе энергия заградительной помехи распределяется по значительно более широкой полосе, чем в узкополосной системе. Таким образом, при ограниченных энергетических возможностях поставщика помех спектральная плотность помехи уменьшается пропорционально отношению расширенной полосы к нерасширенной.

Проблема информационной скрытности, имеющая смысл затруднить несанкционированный доступ к информационному содержанию сообщения, существовала всегда. Для ее решения широко используется засекречивание (шифрование) сообщений.

Различают три степени стойкости засекречивания: временную, долговременную и гарантированную. Гарантированная стойкость предполагает практическую невозможность несанкционированного рассекречивания сообщения. Шифрование, которое может противостоять любому криптографическому воздействию независимо от требуемой мощности и времени вычислений, считается безусловно или теоретически стойким.

2.2 Шумоподобные сигналы

Сигналы, для которых база B>>1, называют шумоподобными (широкополосными) (ШПС). Применение ШПС обеспечивает высокую скрытность, помехоустойчивость систем связи, совместимость передачи информации и измерения параметров движения объектов с высокими точностью и разрешающей способностью, ЭМС широкополосных систем с узкополосными, а также позволяет организовать одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот и бороться с многолучевостью путем разделения лучей.

Сложный вид сигнала ШПС характеризует обнаружение передачи ШПС как обнаружение при неизвестных параметрах сигнала. В этом случае можно говорить лишь об энергетическом обнаружении. Характеристики обнаружения (вероятности ложной тревоги и пропуска сигнала) полностью определяются отношением сигнал/помеха на входе приемника-анализатора (Р_с/Р_п). Очевидно, что чем это отношение меньше, тем условия обнаружения сложнее. В то же время, как известно, помехоустойчивость системы связи с ШПС определяется величиной h² на входе решающего устройства приемника. Эта величина при воздействии флуктуационной помехи составляет

h²=E_c/н_п²,

где E_c - энергия сигнала.

В свою очередь, н_п² = Р_п/ДF, а E_c= Р_сТ_с, следовательно, h²= (Р_с/Р_п)ДFТ_с. Из последнего соотношения следует, что необходимую величину h² для обеспечения заданной помехоустойчивости можно получить даже при отношении (Р_с/Р_п)<1, если выбрать достаточно большую базу сигнала B. Но это означает, что система, использующая ШПС, может одновременно иметь высокую скрытность ((Р_с/Р_п)<1) и высокую помехоустойчивость (заданную величину h²).

2.3 Расширение спектра в системах связи

Методы расширения спектра в системах связи включают применение широкополосных сигналов (СРС-ШПС) и скачкообразное изменение частоты - СИЧ, времени излучения радиоимпульса. Данный метод получил название «псевдослучайное» (программное) переключение (перестройка) рабочей частоты (СРС-ППРЧ или СРС-СИЧ). Возможно комбинированное (гибридное) использование ППРЧ-ШПС. Скачкообразное изменение частоты может быть быстрым и медленным. С увеличением скорости СИЧ повышается защищенность от организованных помех и ухудшаются условия для обнаружения пеленгования. Но при этом повышается стоимость оборудования, ухудшается ЭМС, а также усложняются условия синхронизации. Целесообразные величины скорости находятся в диапазоне 50ч500 скачков/с.

На рисунке 3 (а) и 3 (б) показаны законы изменения частоты при частотной манипуляции для случая быстрой (а) и медленной (б) ППРЧ. Как известно, при ЧМ манипуляция осуществляется на двух частотах, в системах с ППРЧ пара этих частот изменяется при каждом скачке. Возможно применение в системах с ППРЧ и других способов манипуляции: многопозиционный (многочастотный ЧМ-МЧМ), с минимальным сдвигом, различных видов ФМ. Последние два вида манипуляции применимы для систем с медленным перескоком частоты. Из-за сложности восстановления когерентного опорного колебания на приеме почти во всех системах ППРЧ необходимо либо использовать относительные методы модуляции, либо осуществлять некогерентную демодуляцию. Дополнительная опорная посылка должна передаваться на каждом перескоке частоты. Возникающие при этом потери (энергии, скорости) будут малы, если скорости ППРЧ намного меньше скорости передачи элементов сигнала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.3. Размещено на http://www.allbest.ru/

- излучаемая частота

Перестройка рабочей частоты широко используется также в адаптивных системах связи как метод повышения качества передачи в условиях нестационарного декаметрового канала. В общем случае под адаптацией в радиосвязи понимается процесс изменения параметров и (или) структуры системы, осуществляемый на основании измерения текущих характеристик внешних воздействий с целью достижения оптимального качества передаваемых сообщений при начальной неопределенности и изменяющихся условиях работы. В адаптивных линиях радиосвязи в качестве управляемых может быть использовано несколько параметров: частота, скорость передачи, форма сигнала (вид модуляции), мощность, вид кода, поляризация радиоволн и др. В большинстве существующих адаптивных средств радиосвязи используется управление по одному, реже - по двум параметрам (ими чаще всего являются относительная скорость передачи информации по каналу и рабочая частота связи).

Наиболее широкое практическое применение получили принципы построения частотно-адаптивных систем связи (ЧАСС). В них необходимо:

ѕ вести непрерывный контроль за состоянием рабочего канала приема;

ѕ контролировать уровень помех на резервных частотах связи, применяемых по условиям распространения радиоволн;

ѕ при ухудшении качества приема сигналов на рабочей частоте быстро выбирать резервную частоту, на которой может быть осуществлена радиосвязь с заданным качеством.

ѕ передавать команду передатчику корреспондента по линии дистанционного управления (каналу обратной связи) с целью перестройки его на выбранную частоту;

ѕ перестраивать на эту частоту свой приемник, предназначенный для приема сигналов корреспондента.

адаптивный автоматизированный коротковолновый радиосвязь



3. Адаптивные и автоматизированные системы связи

3.1 Адаптация в системах радиосвязи

Под адаптацией в радиосвязи понимается процесс изменения параметров и (или) структуры системы, осуществляемый на основании измерения текущих характеристик внешних воздействий, с целью достижения оптимального качества передаваемых с помощью этой системы радиосвязи сообщений при начальной неопределенности и изменяющихся условий работы.

В зависимости от того: на приемном или передающем конце линии связи вводятся команды на перестройку, различают два возможных вида адаптации:

- адаптация по «малому кольцу» (приемному контуру), когда по результатам измерения характеристик среды распространения сигналов осуществляется перестройка только приемного устройства. Этот вид адаптации может быть осуществлен в однонаправленных системах связи;

- адаптация по «большому кругу», когда по измеренным характеристикам среды распространения сигналов система радиосвязи перестраивается в целом. Для реализации этого вида адаптации принципиально необходим канал обратной связи.

При реализации адаптации любого вида «кольца» обратной связи должны включать в свой состав анализирующие, вычислительные и управляющие устройства. Только при адаптации по «большому кольцу» в дуплексной системе радиосвязи этих устройств требуется в 2 раза больше, чем при адаптации по «малому кольцу».

В большинстве реализуемых к настоящему времени адаптивных средств радиосвязи используется управление по одному, реже по двум параметрам. Такими параметрами чаще всего бывают относительная скорость передачи информации по каналу и рабочая частота связи.

Рассмотрим принципы построения частотно-адаптивных систем связи (ЧАСС). Значительная перестройка частоты, называемая частотно-адаптивным маневром, призвана улучшить качество связи при общем ухудшении условий распространения радиоволн. Частотно-адаптивная перестройка, осуществляемая внутри диапазона на величину не более десятков килогерц и выполняемая практически мгновенно по сравнению с частотно-адаптивным маневром, служит для защиты системы радиосвязи от гармонических помех и замираний селективного типа.

Рациональный выбор рабочих частот, при которых минимизируется средний уровень помех, является одним из наиболее эффективных методов повышения помехозащищенности линий радиосвязи. В ЧАСС необходимо:

- вести непрерывный статистический контроль за состоянием рабочего канала приема;

- осуществлять контроль уровня помех на резервных частотах связи, применимых по условиям распространения радиоволн;

- при ухудшении качества приема сигналов на рабочей частоте выбирать с наименьшими временными потерями резервную частоту, на которой радиосвязь может быть осуществлена с заданным качеством на как можно больше временном интервале;

- передавать команду передатчику корреспондента по линии дистанционного управления (каналу обратной связи) с целью перестройки его на выбранную частоту;

- одновременно перестраивать на эту частоту свой приемник, предназначенный для приема сигналов корреспондента.

Структурная схема гипотетической адаптивной радиолинии состоит из двух оконечных пунктов А и Б (рисунок 4). В комплект радиостанции каждого пункта входят: автоматизированный передатчик, автоматически перестраиваемые основной и измерительный приемники, оконечная аппаратура (ОА), анализатор качества (АК) радиолинии, управляющее устройство и специализированная цифровая вычислительная машина, выполненная на микропроцессорах. Измерительный приемник содержит устройство автоматической перестройки для периодического измерения уровней помех на всех резервных каналах. Для этого он соединяется с АК. Анализатор качества, с помощью ОА выявляет ошибки в принятых сообщениях или исследует основной канал путем непосредственного измерения сигналов и помех, снимаемых с основного приемника.Устройство управления в соответствии с выбранным алгоритмом адаптации задает режим работы СЦВМ, управляет устройством автоматической перестройки измерительного приемника, выдает команду СЦВМ с целью получения данных об оптимальном режиме работы радиолинии и управляет перестройкой основного канала связи. СЦВМ и УУ являются наиболее важными элементами адаптивной радиолинии, так как они определяют принципы оптимального управления, лежащие в основе ее функционирования. К устройствам адаптации относятся также шифратор (Ш) и дешифратор (ДШ) команд управления.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.4 - Структурная схема адаптивной радиолинии



Основные блоки радиолинии в совокупности с аппаратурой дистанционного управления и специально подготовленным радистом-оператором в принципе могли бы обеспечить адаптацию ее к изменяющимся условиям распространения радиоволн о загрузке помехами основного и резервного каналов. Однако такая радиолиния не могла бы реагировать на быстрые или кратковременные изменения условий радиосвязи, невозможно было бы гарантировать выбор наилучшего ежима передачи сообщений, не исключались бы ошибочные решения и, наконец, трудно было бы выбрать оптимальный режим работы радиосредств на достаточно длительном временном интервале.

Рассмотрим последовательность работы радиолинии, реализующей режим частотной адаптации. При ухудшении качества приема сигналов по основному каналу анализатор качества пункта Б передает соответствующие данные в СЦВМ, которая выдает номер оптимальной частоты. Устройство управления запускает шифратор, где указанный номер кодируется помехоустойчивым кодом. Соответствующая кодовая комбинация поступает на передатчик пункта Б, а затем по обратному радиоканалу - на приемник №1 пункта А. Принятая кодовая комбинация подается для дешифрования.

В результате на блок автоматической перестройки передатчика пункта А поступает команда о его перестройке на новую оптимальную частоту. Одновременно с УУ пункта Б на основной приемник №1 выдается сигнал для перестройки его на эту же частоту. После чего работа в данном направлении продолжается до следующего нарушения условий приема на пункте Б. Аналогичная последовательность перестройки осуществляется в другом направлении при ухудшении качества приема сигналов на пункте А.

Адаптивные алгоритмы, реализуемые в СЦВМ, должны позволять осуществлять расчет напряженности поля сигнала на группе частот в точке приема; вычисление суммарного уровня помех в приемных трактах с учетом складывающейся помеховой загрузки диапазона и нелинейных эффектов, неизбежно возникающих в реальной приемной аппаратуре, а также прогноз надежности связи на основных и резервных радиолиниях при заданных типах передающих и приемных антенн и мощности радиопередатчиков. Последнее позволяет реализовывать адаптивные системы радиосвязи, в которых в качестве критерия эффективности функционирования выступает надежность.

3.2 Оценка эффективности функционирования адаптивных систем радиосвязи

Эффективность автоматизированных систем связи адаптивного типа в первом приближении можно оценивать с помощью коэффициента комплексной автоматизации - оптимизации - экстраполяции:

(3.1)

где - время передачи сообщений с качеством не хуже заданного;

=t_о.к+t_по.р+t_пер - суммарное время потерь, складывающееся из времени оценки качества основного и резервных вариантов осуществления связи t_о.к, времени поиска оптимального решения t_по.р и времени перестройки t_пер АСС.

Цель адаптации: >1 на заданном временном интервале сеанса радиосвязи. Возможны два варианта достижения поставленной цели:

1) >мин tпри ?t_треб;

2) >макс tпри ?t_доп.

Время оценки качества каналов связи t_о.к может быть практически сведено к нулю, если использовать для анализа «неклассифицированные выборки». Техническая реализация соответствующих анализаторов получила название «детекторов качества» или «контрольно-решающих устройств (КРУ) в канале». Детекторы качества в принципе могут осуществлять непрерывный контроль не только основных, но и резервных каналов связи, по которым в этом случае передаются квазиинформационные посылки. Время поиска оптимального решения целиком зависит от качества используемых специализированных ЭВМ (микропроцессоров), т.е. алгоритмов программ и реализующих их вычислительных устройств. Время перестройки t_пер полностью определяется степенью оптимизации управляемых объектов (передатчиков, приемников, аппаратуры коммутации и т.д.) и быстротой срабатывания устройств управления. Поэтому первый вариант достижения сформулированной цели адаптации, по сути дела, характеризует оптимизационные свойства АСРС, так как в основном определяется величиной t_по.р.

Второй вариант достижения цели адаптации, наоборот, оценивает экстраполирующие свойства АСРС, поскольку при заданных временных потерях максимальное время передачи сообщений с оговоренным качеством будет у тех АСС, у которых больше интервал стохастической экстраполяции, иными словами, лучше способность, зная прошлое и анализируя настоящее, предсказывать поведение АСС в будущем. Заметим, что между временем поиска оптимального решения t_по.р и передачей сообщений может существовать достаточно сложная взаимосвязь. Не всегда уменьшение t_по.р приводит к соответствующему увеличению коэффициента . В ряде случаев некоторое увеличение t_по.р с учетом экстраполирующих свойств АСРС может повлечь за собой резкое возрастание времени передачи сообщений , а следовательно, и увеличение

Таким образом, для рационального использования частотно-энергетического, частотно-временного ресурсов ДКМ диапазона волн проводится комплексная автоматизация следующих процессов: определение участков ДКМ диапазона, применимых по условиям распространения; вертикальное, наклонное и трассовое зондирование ионосферы; выбор оптимальных по помехам и распространению рабочих частот; контроль качества рабочего и резервных каналов связи; вхождение в связь и передача команд в радиолинии; управление диаграммой направленности приемной и передающей антенных систем; регулировка мощности излучения; перестройка радиоприемников и передатчиков и других устройств. Если же принимаемые решения будут наилучшими, например, по системным критериям, то это в конечном итоге станет определяющим фактором в снижении остроты проблемы ЭМС радиолиний.

3.3 Автоматизированные комплексы связи

На рисунке 3.5 показан вариант использования в адаптивных радиолиниях автоматизированного радиоприемного комплекса. Основными функциональными блоками радиоприемного комплекса являются блоки радиочастоты (БРЧ), трансформации частоты (БТЧ) и промежуточной частоты (БПЧ). Блок трансформации частоты совместно с блоком стабилизации частоты (БСЧ), вырабатывающим колебания гетеродинирующих частот f_г, преобразуют частоту принимаемых сигналов f_с из всего диапазона рабочих частот в достаточно низкую и, как правило, постоянную промежуточную частоту f_ПЧ с целью осуществления в БПЧ оптимальной (чаще квазиоптимальной) фильтрации, предшествующей демодуляции принимаемых сигналов. Функции демодулятора (ДМ) выполняет блок формирования первичных сигналов (БФПС). В качестве декодера при ретрансляции сигналов, а также сопряжении радиоканалов с каналами радиорелейной и проводной связи используются различного рода регенераторы (восстановители формы сигналов). В тракт частотных преобразований современных радиоприемных комплексов, помимо БРЧ, может входить конвертор, предназначенный для расширения радиочастотного диапазона (РЧД) комплекса. РЧТ автоматизированных приемных комплексов базируются на систему коллективного использования приемных антенн (СКИПА).

Для оценки качества радиоканала на передающей стороне может вырабатываться специальная текстовая последовательность xґ (как говорят, «классифицированная выборка»), которая заранее известна на приемной стороне.

Тогда принятая последовательность yґ будет представлять собой оценку переданной классифицированной выборки . Сравнение xґ и , осуществляемое, например, ОА или получателем сообщений, позволяет выработать необходимые команды на изменение параметров или даже структуры не только отдельных блоков, но и целиком трактов радиопередающего автоматизированного комплекса, используемого в качестве составного элемента адаптивных радиолиний. Для управления радиопередающим комплексом требуется обратный канал связи. Рисунок 3.2 отражает только главные структурные связи между основными блоками передающего автоматизированного комплекса и его потенциальные возможности оптимизации качества передаваемых сообщений в адаптивных системах связи. Так, адаптацию по пропускной способности канала радиосвязи, условно отнесенную к кодеру и декодеру, следует понимать в том смысле, что количество полученной информации зависит не только от объема посланной информации, но и от той ее части, которая теряется в канале вследствие воздействия разнообразных помех. Эту часть можно значительно уменьшить, используя адекватные виду помех способы кодирования и декодирования сообщений. В реальных каналах связи пропускная способность будет зависеть от вероятности ошибочного приема элемента сообщения, которая определяется отношением энергии сигнала к спектральной плотности мощности помех. Последние в свою очередь зависят от вида сигнала, полосы пропускания радиоканала и ряда других факторов.



4. Анализ эффективности различных режимов работы КВ радиолиний в условиях РЭП противника

Качество радиосвязи, характеризуемое достоверностью принимаемой информации, будет определяться суммарным результатом воздействия случайных и преднамеренных помех. Степень влияния преднамеренной помехи на качество радиосвязи в значительной мере зависит от ее вида. Многообразие видов преднамеренных помех обусловлено различными целями и условиями их применения. Не останавливаясь подробно на классификации активных преднамеренных помех, отметим, что по соотношению их спектральных и временных характеристик с характеристиками сигнала они подразделяются на прицельные, полуприцельные и заградительные.

Под прицельной понимают такую помеху, спектр которой занимает ту же полосу, что и спектр сигнала, а ее воздействие на прием во времени совпадает с передачей информации в радиоканале. Полуприцельная помеха - это помеха, частично совпадающая либо по спектру, либо во времени с сигналом. Заградительная помеха создается в определенной полосе частот, перекрывающей спектр ожидаемых сигналов, и воздействует на все работающие в данной полосе частот радиолинии в течение заданного времени независимо от состояния связей, подлежащих подавлению. Известно, что только прицельные помехи позволяют достичь высокой эффективности подавления, то есть нарушения связи (снижения качества связи ниже допустимого значения) при минимальной мощности передатчика помех. Важным достоинством прицельной помехи является также то, что, будучи рассчитанной на подавление вполне определенных радиолиний, она оказывает минимальное мешающее действие на функционирование линий радиосвязи стороны, применяющей помехи. Заградительные помехи противник вынужден будет применять при необходимости подавления одновременно большого числа связей низового звена, а также при отсутствии у него разведывательных данных о частотах или о времени работы радиолиний, так как применение прицельных помех в этих случаях вызовет серьезные технические и организационные трудности. В силу этого следует ожидать, что в большинстве случаев для подавления KB радиолиний будут использоваться прицельные помехи.

Естественно, что противник будет стремиться применять те виды помех, которые обеспечат подавление при минимальных затратах энергии. С этой точки зрения наиболее рациональной считается преднамеренная помеха, совпадающая по структуре с сигналом, т. е. имитирующая сигнал. Помехи такого вида будем называть имитационными. В некоторых случаях (например, при неизвестной форме радиосигналов) возможно применение и шумовой прицельной помехи.

Аналитический расчет помехоустойчивости радиолиний в условиях совместного воздействия случайных и преднамеренных помех различного вида в общем случае связан со значительными трудностями. Поэтому ограничимся анализом помехоустойчивости приема широко используемых сигналов ЧТ при воздействии наиболее вероятных преднамеренных помех - шумовой и имитационной. Преднамеренные помехи существенно снижают достоверность приема сигналов ЧТ. Качество связи в некоторых случаях становится недопустимо низким даже при мощности преднамеренных помех меньшей, чем мощность сигнала. При этом действие преднамеренных помех проявляется тем заметнее, чем лучше качество связи в условиях воздействия только случайных помех. Имитационная помеха значительно эффективнее чем шумовая, т. е. при одинаковой пиковой мощности первая вызывает гораздо большее увеличение вероятности ошибки, чем вторая.

В ряде случаев для оценки эффективности радиосвязи в условиях РЭП необходимо знать не только вероятность связи с требуемой достоверностью, но и средние длительности пригодного и непригодного состояний радиоканала. В условиях преднамеренных помех среднее время пригодного состояния радиоканала не превышает нескольких единиц минут, а среднее время непригодного состояния радиоканала составляет десятки минут. По этой причине средняя скорость передачи информации и вероятность своевременной передачи сообщений оказывается крайне низкими.

Таким образом, радиосвязь на закрепленных частотах вследствие ее низкой эффективности в условиях радиоподавления не отвечает современным требованиям управления войсками.

При методе ППРЧ расширение спектра обеспечивается путем скачкообразного изменения несущей частоты в выделенном для работы СРС диапазоне. Под скачкообразным изменением частоты следует понимать периодическую перестройку одной частоты или нескольких частот, используемых для передачи сигналов. Сигналы с ППРЧ можно рассматривать как последовательность в общем случае модулированных радиоимпульсов, несущие частоты которых перестраиваются в диапазоне. Число перестраиваемых частот и порядок их чередования определяются - псевдослучайными кодами.

Обязательным условием применения сигналов с ППРЧ является детерминированность псевдослучайной последовательности радиоимпульсов, точнее их несущих частот и временного положения, что позволяет на приемной стороне СРС обеспечить частотную и временную синхронизацию сигналов. Для постановщика помех закон перестройки несущей частоты в СРС с ППРЧ неизвестен, что исключает возможность создания эффективных способов подавления. Фундаментальный принцип псевдослучайности сигналов препятствует системе РЭП добиваться эффективного воздействия на СРС с ППРЧ организованных помех и вынуждает систему РЭП с ограниченной мощностью передатчика распределять соответствующим образом спектральную плотность мощности помехи по частотному диапазону СРС.

Одним из способов обеспечения помехозащищенности функционирования КВ линии связи является использование режима медленной программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ). В целях повышения эффективности функционирования линии радиосвязи с ППРЧ необходимо использовать управление ее частотно-временным ресурсом, под которым понимается относительное время использования каждой частоты программной перестройки на интервале работы радиолинии.

Разнесенный прием как метод повышения помехоустойчивости передачи сообщений в основном применяется в системах КВ радиосвязи. Известно, что при осуществлении КВ радиосвязи ионосферными волнами амплитуда сигнала в точке приема практически всегда изменяется за счет замираний. При этом динамический диапазон изменения амплитуд может достигать 20-30 дБ, а период замираний лежит в пределах от десятых долей секунды до нескольких секунд. Основная причина замираний сигналов - интерференция нескольких лучей, приходящих в точку приема после отражения от ионосферы по разным путям с изменяющимся временем запаздывания. Одним из эффективных методов борьбы с замираниями сигналов является разнесенный прием, который получил широкое распространение на практике.

Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданное сообщение на приеме воспроизводится не по одному, а по двум или нескольким сигналам, несущим одну и ту же информацию.

Различают следующие виды разнесенного приема:

- Пространственно разнесенный прием, когда производится одновременный прием сигналов одного передатчика несколькими приемниками на разнесенные в пространстве антенны;

- Частотно-разнесенный прием сигналов, передаваемых одновременно на нескольких частотах одним или несколькими передатчиками.

- Временной разнесенный прием сигналов, многократно передаваемых на одной и той же частоте через некоторые интервалы времени.

- Поляризационно разнесенный прием, при котором для регистрации лучей с различной поляризацией используют разные антенны.

Необходимым условием осуществления любого из указанных способов разнесенного приема является независимость сигналов в точке приема. При соблюдении этого условия вероятность совпадения максимальных и минимальных значений амплитуд сигналов мала, более вероятно их несовпадение. Это позволяет уменьшить динамический диапазон изменений амплитуды результирующего сигнала и тем самым повысить среднее отношение сигнал/помеха по сравнению с одиночным (неразнесенным) приемом.

Наиболее распространенным способом разнесенного приема КВ сигналов является пространственно разнесенный прием. Частотно-разнесенный прием применяется не только для борьбы с замираниями сигналов, но и является эффективным методом повышения устойчивости КВ связи при воздействии сосредоточенных станционных помех.

Основной недостаток частотного разнесения состоит в расширении полосы частот, занимаемой системой связи, что приводит к увеличению взаимных помех, т.е. к ухудшению условий ЭМС средств радиосвязи.

Поляризационно-разнесенный прием применяется в основном в КВ каналах с целью уменьшения поляризационных замираний сигналов.

Временное разнесение сигналов накладывает ограничения на скорость телеграфирования и длительность радиограммы, так как интервал повторения сигнала должен превосходить среднюю длительность замираний в канале связи. Несмотря на это принципы временного разнесения широко используются при слуховой работе ключом, а также в системах с автоматическим запросом ошибок и повторением информации.

Применение разнесенного приема обеспечивает существенное повышение вероятности связи по сравнению с одиночным приемом как летом, так и зимой, как в ночные часы суток, так и днем, но применение более чем двух ветвей разнесения при пространственно-разнесенном приеме не дает существенного выигрыша в устойчивости связи.

Способы адаптации оказываются эффективными лишь в тех случаях, когда на рабочей частоте обеспечивается достаточное превышение уровня сигнала над уровнем помех. Это необходимое превышение можно обеспечить изменением самой рабочей частоты. Такой способ адаптации основывается на неравномерности загрузки помехами используемых для связи частот и различии уровней сигналов на них. Следовательно, адаптивные радиолинии, приспосабливающиеся к изменяющимся условиям связи путем изменения рабочей частоты с целью обеспечения необходимого превышения сигнала над помехами на входе приемника, обладают наибольшей эффективностью.

Такие автоматизированные радиолинии называют частотно-адаптивными. По существу они реализуют метод группового использования частот при относительно малых временных затратах на смену частоты связи за счет автоматизации этого процесса.

Регулирование других параметров радиолинии (прежде всего, скорости передачи информации), применяемое как дополнение к частотной адаптации, позволяет получить дальнейшее увеличение эффективности радиосвязи.

Критерии выбора и смены рабочих частот определяют один из важнейших временных параметров, влияющих на надежность частотно-адаптивной системы КВ радиосвязи, - среднее время работы на одной частоте или плотность потока смен рабочих частот. Целесообразно использовать такие критерии выбора и смены частот, которые бы обеспечивали возможно большее время работы на одной частоте или менее частую смену рабочих частот.

Последовательность выбора режимов: работа на фиксированной частоте и если качество связи и эффективность удовлетворяет, то следовательно остается работа на фиксированной частоте. Если же качество связи не удовлетворяет, то надо выбирать режим группового использования частот. После того, как выбрали групповое использование частот, проверяем качество связи. Если качество связи удовлетворяет, то оставляем этот режим, если же нет, то выбираем режим адаптации. После выбора проверяем качество связи. Если качество устраивает, то оставляем этот режим, если нет, то переходим в режим с использованием ретрансляции. Если в данном режиме качество связи неудовлетворительное, то мы переходим в режим с ППРЧ, регулируем его (скорость перестройки частоты).



ВЫВОДЫ:

1. При организации связи всегда учитывается возможность радиоэлектронного подавления (РЭП) радиолиний и перехвата передаваемых сообщений, что, в свою очередь, влияет на способы и средства передачи сообщений.

2. Радиосвязь на закрепленных частотах вследствие ее низкой эффективности в условиях радиоподавления не отвечает современным требованиям управления войсками.

3. Применение ШПС обеспечивает высокую скрытность, помехоустойчивость систем связи, совместимость передачи информации и измерения параметров движения объектов с высокими точностью и разрешающей способностью, ЭМС широкополосных систем с узкополосными, а также позволяет организовать одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот и бороться с многолучевостью путем разделения лучей.

4. Одним из способов обеспечения помехозащищенности функционирования КВ линии связи является использование режима программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).

5. Применение разнесенного приема обеспечивает существенное повышение вероятности связи по сравнению с одиночным приемом как летом, так и зимой, как в ночные часы суток, так и днем, но применение более чем двух ветвей разнесения при пространственно-разнесенном приеме не дает существенного выигрыша в устойчивости связи.

6. Адаптивные радиолинии, приспосабливающиеся к изменяющимся условиям связи путем изменения рабочей частоты с целью обеспечения необходимого превышения сигнала над помехами на входе приемника, обладают наибольшей эффективностью.

Размещено на Allbest.ru